基于PLC的工业机器人抗扰动控制系统设计与应用分析.pdf
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1、基于P L C的工业机器人抗扰动控制系统设计与应用分析郭淳芳长沙民政职业技术学院,湖南 长沙 4 1 0 0 0 4摘要:控制系统的控制能力决定了工业机器人作业的灵活性,传统的工业机器人控制系统存在机械臂跟踪轨迹误差大、扰动大、控制不精确等问题。为解决这些问题,以 P L C为基础,对工业机器人的抗扰动控制系统进行了设计。在对其进行运动学分析的基础上,研究了P L C控制系统的硬件结构、信号分配、通信系统,设计了抗扰控制器的,以增强其对干扰的抵抗能力。关键词:工业机器人;P L C;软件设计;硬件设计;抗扰动控制中图分类号:T P 2 4 2.2 D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s
2、 s n.2 0 9 7-0 6 5 X.2 0 2 3.1 1.0 3 7基金项目:2 0 1 8-2 0 2 2年教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会第四批(2 0 2 1年)教改研究面上项目(2 0 2 1 0 6)0 前言P L C适用于对工业现场的物质进行自动分选和控制。使用 P L C的自动控制分拣设备在实际业务中得到广泛应用,比如用机器人进行操作,用传感器、位置控制技术进行分类等。工业机器人控制系统中采用 P L C,可以改善工业机器人的功能,实现自动分拣、分类、控制。本文基于P L C,对工业机器人抗扰动控制系统设计与应用进行了分析。1 基于P L C控制的工业机器人系统概
3、述1.1 工业机器人系统的发展历史世界上最早的工业机器人是2 0世纪6 0年代在美国出现的。这个工业机器人的出现标志着由代码控制器控制的第一代工业机器人已经进入实际生产阶段1。之后的二十多年里,欧美等发达国家相继开始使用工业机器人,并在制造业上取得了长足的进步,工人的工作效率和工作品质都有了很大的提升。近几年来,在科技发展的推动下,工业机器人正逐步向以 P L C为基础的第三代代码控制器发展。1.2 基于P L C控制的工业机器人系统作用当前,在工业自动化中,P L C控制技术、工业机器人技术和 C A D技术是最为核心的技术。这些技术的发展和进步,极大促进了工业自动化技术的成熟。近年来,随着
4、科技的进步,基于P L C的工业机器人系统开始出现并得到发展,成为影响P L C行业发展的一个关键因素。基于 P L C控制的工业机器人系统可以在P L C系统的控制下,完成工业生产各种类型的作业任务,实现高效的机电一体化制造。1.3 基于P L C控制的工业机器人系统的发展趋势当前,以 P L C为基础的新型工业机器人具有高度的智能化特征,将来会朝以下几个方向发展。(1)在 工 业 机 器 人 系 统 的 具 体 操 作 上,利 用 P L C系统进行仿真设计和模拟分析,优化工业机器人,使其运行能力得到极大提高。(2)对 P L C控制技术进行改进,包括对P L C控制系统控制特性的增强,通
5、过对其进行更加精细的操作,使 其 在P L C的 控 制 下 工 作 效 率 提 高3%5%2。(3)增强 P L C控制的工业机器人的通信能力,将工业机器人和其他公司实现网络连接,这对于在世界范围内,建立起一个统一、规范化的网络通信系统具有重要意义。2 工业机器人抗扰动控制系统设计2.1 总体架构本研究对机器人控制系统采取了一主多从的控制方式,主站与伺服从站、伺服从站与伺服从站之间都使用以太网进行通信,其系统结构如图1所示。图1 系统结构图121基于P L C的工业机器人抗扰动控制系统设计与应用分析 郭淳芳2.2 工业机器人抗扰动控制硬件设计2.2.1 硬件组态设计研究以S I EME N
6、S 3 1 5 F P L C为主要站,以S I E-ME N S E T 2 0 0 S和6个随动工作装置的机器人端为从 站(与 主 站 连 接)。在 工 控 箱 中 利 用S I E-ME N S E T 2 0 0 S实现了紧急停止信号、外部安全信号和重置起动信号的设置。为保证各作业单位的安全,以及作业人员的正常操作,防止出现意外,在各防盗门上方安装感应装置(与防盗门控制装置相连),仅限作业者通过。生产过程中,检测到安全阀开启时,工业机器人立即停止3。2.2.2 信号分配将上位控制器与外操作界面相结合,对工业机械装置的操作进行控制。P R O F I N R T是必需的过程信号回路,用于
7、与 P L C通信,并将行运许可、启动等信号经外部操作界面传递。在工业机器人的操纵下,传动装置的待机信号和动作信号等信息都可以传递到上层4。这样,在 P L C和工业机器人之间的信息交换过程中,就可以得到2个不同的信息。2.3 工业机器人抗扰动控制软件设计工业机器人程序可分成复位程序、自动执行程序和手工执行程序。其中,手工执行程序可通过修改梯形图、电磁阀动作、驱动输出线圈等操作按键来完成。工作过程中,上下限位都会关闭。工作开始后,将操作手向下转动,直到感应灯发光,工作结束;牵引件会持续进行抓取对象的动作,并将所抓取的对象转换为一个新的程序,在探测压力信号后,再释放抓取的对象,从而完成工业机器人
8、的动作。工业机器人的动态 P L C阶梯曲线如图2所示。图1 工业机器人活动的P L C梯形图出于安全性考虑,左右运动时,需要在最大值的情况下,设定左右运动互锁,以此类推,对其进行上下翻、上升和下降,以及抓取和释放的互锁保护5。工业机器人的具体工作过程如下:启动开始按钮,移动工业机器人的机械手,上升至目的位置,U 0加电,打开电磁阀;U 2加载电源,使工业机器人的机械手上升到顶端;X 2为工业机器人供电,把操作手臂向移动到最右边;U 5加载电源,使其向下移动;给U 1加电,并释放电磁阀门;U 3加载电源,工业机器人的机械手向左方移动,并返回初始位置;U 4加满电 源,点 击 完 成 键,完 成
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